Resistência da teia de aranha

Materiais Avançados

Engenharia das aranhas é tão importante quanto resistência da seda

Redação do Site Inovação Tecnológica - 07/02/2012

Uma complexa mistura de materiais com comportamentos seletivos e engenharia explica a resistência das teias das aranhas, que supera até mesmo o que seria de se esperar da incrível resistência de sua seda. [Imagem: Zina Deretsky/S. Cranford/G. Bratzel/M.J. Buehler/Richard Yu/Andaluz Yu]

Cargas extremas

Só uma coisa tem impressionado mais os biólogos e os cientistas dos materiais do que a incrível resistência da seda das aranhas: a resistência das teias das aranhas.

Todas as medições indicam que uma combinação de resistência e ductilidade extremas dão à seda das aranhas uma resistência à tensão superior à dos melhores aços.

Isso, obviamente, comparando os dois materiais com a mesma espessura, o que torna os fios de seda muito seguros para sustentar a aranha ou suas presas.

Mas não seria suficiente para explicar como as teias de aranha resistem a cargas extremas, como os ventos produzidos por tornados e furacões.

Uma equipe de pesquisadores da Itália e dos Estados Unidos acredita ter encontrado uma resposta para isso.

E, segundo eles, suas conclusões poderão ser úteis para ajudar os engenheiros civis a projetar estruturas mais robustas e mais resistentes às tempestades, terremotos e outros acidentes.

Integridade

Markus Buehler e seus colegas, que já haviam demonstrado uma inusitada conexão entre a música e uma teia de aranha, estabeleceram uma relação entre as propriedades em nanoescala da seda com a integridade em larga escala das teias de aranha.

A seda de aranha é feita de proteínas básicas, incluindo algumas que formam cristais planares muito finos, chamados folhas beta.

Quando o fio de seda é submetido a um estresse mecânico, essas folhas deslizam umas em relação às outras, suportando a carga. Se a carga for muito grande, as folhas beta chegam umas ao fim das outras, e o fio se rompe.

Mas a coisa é bem mais complicada quando se leva em conta não um fio isolado, mas a teia como um todo.

Sacrifício

Os pesquisadores descobriram que a rigidez da seda varia de uma forma não linear.

Enquanto, sob uma carga leve, todo o material responde uniformemente, quando a carga começa a aumentar a seda se torna mais rígida próximo à carga, mantendo sua estrutura flexível no restante da fibra.

Isto é essencial para a manutenção da integridade da teia porque o fio só se romperá no ponto onde a carga foi aplicada, mantendo sua total integridade ao longo do restante do seu comprimento.

Desta forma, a teia sacrifica uma pequena seção, que poderá ser rapidamente reparada pela aranha.

A sensibilidade da teia como um todo é mantida pela interconexão dos filamentos radiais e espirais, o que é essencial para que o animal detecte quando uma presa caiu na armadilha.

Mas esses filamentos desempenham papéis diferentes na atenuação do movimento. Assim, quando o estresse é particularmente elevado, algumas seções são sacrificadas, de forma que a teia inteira sobreviva.

Prédio e carros

Essa técnica de sacrificar pequenas porções do material é muito diferente do que ocorre em outros materiais biológicos, como os ossos, por exemplo, que distribui uniformemente a carga.

Os pesquisadores afirmam que essa técnica poderá ser adotada pelos engenheiros de várias especialidades.

Estruturas inteligentes assim poderão ser úteis para a construção de estruturas metálicas mais resistentes, para a construção de muros de proteção, prédios e até carros, que sejam capazes de dissipar melhor a carga ao longo da carroceria no caso de um impacto.

• Bicho-da-seda transgênico produz "teia do homem-aranha"

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Bibliografia:

Nonlinear material behaviour of spider silk yields robust webs
Steven W. Cranford, Anna Tarakanova, Nicola M. Pugno, Markus J. Buehler
Nature
Vol.: 482, 72-76
DOI: 10.1038/nature10739